OFDM调制解调.doc

西北工业大学明德学院毕业论文（设计）开题报告题 目OFDM调制解调技术的MATLAB实现学生姓名 田文杰学号080301班级121802学 院西工大明德学院指导教师戚楠本选题的意义及国内外发展状况：随着通信技术的迅猛发展，现代通信传输技术越来越多。但根据基本通信信道我们将这些技术可以分为有线和无线两种。有线信道的特点是信号受外界干扰小，但须铺设传输线路，网络建立麻烦；而无线信道则相反，无线信道无须铺设传输线路，但传输过程中由于地面情况复杂，信道条件恶劣，对传输信号会造成很大的干扰。而网络的迅速增长使人们对无线通信提出了更高的要求。所以必须采用更先进的技术，克服在无线信道下的多径衰落，降低噪声和多径干扰以及有效利用频率资源。OFDM调制技术则能很好的满足在这些复杂无线信道中的传输要求。 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。OFDM最早是由多载波调制(MCM)发展而来。美国军方早在上世纪的50-60年代就创建了世界上第一个MCM系统，在1970年衍生出采用大规模子载波和频率重叠技术的OFDM系统。但在以后相当长的一段时间，OFDM迈向实践的脚步放缓。由于OFDM的各个子载波之间相互正交，采用FFT实现这种调制，但在实际应用中，实时傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素制约了OFDM技术的实现。经过大量研究，20世纪80年代，MCM获得了突破性进展，大规模集成电路促进了FFT技术的实现，OFDM逐步进入高速Modem和数字移动通信的领域。在有线信道的研究中，Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM调整技术，试验成功了16QAM多路并行传送19.2kbit/s的电话线MODEM.90年代，OFDM开始被欧洲和澳大利亚广泛用于广播信道的宽带数据通信，OFDM的应用又涉及到了利用移动调频和单边带（SSB）信道进行高速数据通信、陆地移动通信，数字音频广播(DAB)、高清晰度数字电视(HDTV)和无线局域网(WLAN)。随着DSP芯片技术的发展，格栅编码技术、软判决技术、信道自适应技术等成熟技术的应用，OFMD技术的实现和完善指日可待。由于技术的可实现性，在二十世纪90年代，OFDM广泛用干各种数字传输和通信中，如移动无线FM信道，高比特率数字用户线系统(HDSL)，不对称数字用户线系统(ADSL)，甚高比特率数字用户线系统HDSI，数字音频广播(DAB)系统，数字视频广播(DVB)和HDTV地面传播系统。1999年，IEEE802.lla通过了一个SGHz的无线局域网标准，其中OFDM调制技术被采用为物理层标准，使得传输速率可以达54MbPs。这样，可提供25MbPs的无线ATM接口和10MbPs的以太网无线帧结构接口，并支持语音、数据、图像业务。这样的速率完全能满足室内、室外的各种应用场合。欧洲电信组织(ETsl)的宽带射频接入网的局域网标准HiperiLAN2也把OFDM定为它的调制标准技术。2001年，IEEE802.16通过了无线局域网标准，该标准根据使用频段的不同，具体可分为视距和非视距两种。其中，使用2一11GHz许可和免许可频段，由于在该频段波长较长，适合非视距传播，此时系统会存在较强的多径效应，而在免许可频段还存在干扰问题，所以系统采用了抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上有明显优势的OFDM调制，多址方式为OFDMA。而后，IEEE802.16的标准每年都在发展，2006年2月，IEEE802.16e(移动宽带无线城域网接入空中接口标准)形成了最终的出版物。当然，采用的调制方式仍然是OFDM。2004年11月，根据众多移动通信运营商、制造商和研究机构的要求，3GPP通过被称为LongTermEvolution(LTE)即“3G长期演进”的立项工作。项目以制定3G演进型系统技术规范作为目标。3GPP经过激烈的讨论和艰苦的融合，终于在2005年12月选定了LTE的基本传输技术，即下行OFDM，上行SC(单载波关FDMA。OFDM由于技术的成熟性，被选用为下行标准很快就达成了共识。而上行技术的选择上，由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些设备商认为会增加终端的功放成本和功率消耗，限制终端的使用时间，一些则认为可以通过滤波，削峰等方法限制峰均比。不过，经过讨论后，最后上行还是采用了SC一FDMA方式。拥有我国自主知识产权的3G标准一一TD-SCDMA在LTE演进计划中也提出了TD一CDM一OFDM的方案B3G/4G是ITU提出的目标，并希望在2010年予以实现。B3G/4G的目标是在高速移动环境下支持高达100Mb/S的下行数据传输速率，在室内和静止环境下支持高达IGb/S的下行数据传输速率。而OFDM技术也将扮演重要的角色。目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环路（ADSL）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）等。在向B3G/4G演进的过程中，OFDM也是关键的技术之一，包括以下类型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。在第四代移动通信技术中，其核心技术为OFDM。正交频分复用OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)是一种无线环境下的高速传输技术。主要是在频域内将所给信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，且各个子载波并行传输。OFDM特别适合于存在多径传播和多普勒频移的无线移动信道中传输高速数据。能有效对抗多径效应，消除ISI，对抗频率选择性衰落，信道利用率高。OFDM可视为一种调变技术及一种多任务技术，为多载波(Multicar-rier)的传送方式。通信方面ODFM有很多优势：1.在窄带带宽下也能够发出大量的数据。OFDM技术能同时分开至少1000个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行的能力将直接威胁到目前市场上已经开始流行的CDMA技术的进一步发展壮大的态势，正是由于具有了这种特殊的信号“穿透能力”使得OFDM技术深受欧洲通信营运商以及手机生产商的喜爱和欢迎，例如加利福尼亚Cisco系统公司、纽约Flarion工学院以及朗讯工学院等开始使用，在加拿大Wi-LAN工学院也开始使用这项技术。2.OFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化，由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，所以OFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通3.该技术可以自动地检测到传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信；4.OFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。高速的数据传播及数字语音广播都希望降低多径效应对信号的影响。 5.OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰。在单载波系统中，单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败，但是在多载波系统中，仅仅有很小一部分载波会受到干扰。对这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错。 6.可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响，其他的子载波未受损害，因此系统总的误码率性能要好得多。7.通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。OFDM技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高。8.OFDM技术抗窄带干扰性很强，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。9.可以选用基于IFFT/FFT的OFDM实现方法；10.信道利用率很高，这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要；当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。 （baud 即 波特；1 Baud = log2M (bit/s) ，其中M是信号的编码级数。）研究内容：基于Matlab软件的基础上,运用其Simulink模块进行OFDM调制、解调的仿真研究。主要涉及下面几个方面的内容：1.了解OFDM技术的基本原理2.了解OFDM技术的整个调制、解调流程以及相关原理3.运用Simulink模块对整个调制、解调过程进行设计4.运用Simulink模块完成设计内容,参数设置以及运行测试5.观察仿真结果,进行数据分析6.改变OFDM设计中的一些相关函数,以观察其对OFDM传输过程存在的影响研究方法、手段及步骤：1.收集资料，查找OFDM技术的相关内容。2.学习OFDM调制、解调过程,以及相关的原理技术。3.结合研究内容,学习使用Matlab中Simulink模块。4.运行Matlab的Simulink模块对OFDM进行仿真测试,并对测试结果进行分析。5.改变设计中的参数,继续对OFDM技术进行分析。参考文献：1. 王文博,郑侃,宽带无线通信OFDM技术(第二版),人民邮电大学出版社,2007.2程佩青,数字信号处理教程.清华大学出版社,2008.3沈越泓,高媛媛,魏以民,通信原理(第二版),机械工业出版